Brugen af trådfeedstock med en laserenergikilde i DED har taget fart i de senere år med stigende forskning og industrielle anvendelser. Disse egenskaber gør det til en ny og lovende mulighed inden for additiv fremstilling, der skaber betydelig interesse og udforskning på tværs af forskellige brancher.
Efterhånden som denne teknologi udvikler sig, udforsker flere industrier dens potentielle fordele og innovative anvendelser.
DED vs. andre additive fremstillingsprocesser
Den største forskel mellem Directed Energy Deposition (DED) og andre additive fremstillingsprocesser ligger i den måde, materialet deponeres på, og den overordnede tilgang til opbygning af dele eller komponenter.
- Deponeringsmetode: I DED bruges en fokuseret energikilde, som f.eks. en laser eller elektronstråle, til at smelte og fusionere metallisk materiale, mens det aflejres præcist lag for lag. Dette gør det muligt at skabe komplekse geometrier og tilføje materiale til eksisterende strukturer.
- Råmateriale: DED bruger typisk tråd som råmateriale, i modsætning til andre processer som PBF, der bruger metalpulver som råmateriale.
- Anvendelsesområder: DED er velegnet til at reparere komponenter, tilføje materiale til slidte dele og bygge mellemstore til store, komplekse strukturer, som f.eks. industrimaskiner eller rumfartskomponenter.
Andre metalliske additive fremstillingsprocesser, såsom Selective Laser Melting (SLM) og Electron Beam Melting (EBM), falder ind under kategorien Powder Bed Fusion (PBF)-teknikker. I PBF spredes et tyndt lag af metallisk pulver ud over byggeplatformen, og en laser- eller elektronstråle smelter selektivt pulveret for at skabe den ønskede form et lag ad gangen. Processen gentages for hvert lag, indtil den endelige del er færdig.
DED: Integreret energikilde og feedstock-deponering
I Directed Energy Deposition (DED) samles både energikilden og råmaterialet under fremstillingsprocessen, hvilket muliggør en kontinuerlig byggeproces.
Energikilden er præcist til det punkt, hvor materialet aflejres, og råmaterialet føres kontinuerligt ind i systemet, mens det smeltes. Når råmaterialet smeltes, klæber det til de tidligere lag og skaber en sammenhængende struktur.
Denne samtidige kombination af energikilde og råmateriale i DED adskiller den fra andre metalliske additive fremstillingsprocesser som Powder Bed Fusion (PBF)-teknikker, hvor det metalliske pulver spredes over byggeplatformen separat fra energikilden, og pulveret smeltes selektivt for at skabe emnet.
PBF-processer kræver ofte, at byggeprocessen stoppes for at sprede et nyt lag pulver, hvilket kan føre til potentiel nedetid og nedsat produktivitet.
Wire + laser = En ny DED-kombination
Kombinationen af at bruge tråd som råmateriale og en laser som energikilde i DED betragtes som en ny kombination i forbindelse med additiv fremstilling på grund af dens unikke fordele og de seneste teknologiske fremskridt.
Mens DED i sig selv har været i brug i flere år, er den specifikke brug af trådfeedstock med en laserenergikilde en relativt ny udvikling og har fået stigende opmærksomhed i forskellige brancher.
Her er nogle grunde til, at denne kombination betragtes som ny og bemærkelsesværdig:
- Materialets alsidighed: Brugen af tråd som råmateriale giver en bredere udvalg af materialemuligheder sammenlignet med andre DED-feedstock-muligheder, såsom pulver. Det giver mulighed for aflejring af et bredere udvalg af legeringer, hvilket gør det velegnet til en bred vifte af anvendelser på tværs af forskellige brancher.
- Kontinuerlig deponering: Den kontinuerlige tilførsel af trådfeedstock under DED-processen giver mulighed for en problemfri og uafbrudt additivopbygning, hvilket resulterer i øget effektivitet og reduceret produktionstid. Denne kontinuerlige aflejring eliminerer også behovet for hyppige afbrydelser og manuel håndtering, hvilket strømliner processen yderligere.
- Anvendelser i stor skala: Denne kombination er især velegnet til produktion af komponenter i stor skala på grund af den kontinuerlige tilførsel og det reducerede behov for støttestrukturer. Det giver mulighed for at skabe store dele med reduceret produktionstid og omkostningseffektivitet.
Fordele ved en trådbaseret 3D-printproces
Som en innovativ tilgang til additiv fremstilling tilbyder trådbaseret 3D-print en række fordele, der adskiller den fra traditionelle pulverbaserede feedstock-metoder. Her er nogle af fordelene:
- Reduktion af materialeaffald: Trådbaserede additive fremstillingsprocesser resulterer ofte i mindre materialespild sammenlignet med andre metoder, der bruger pulverformigt råmateriale. Siden tråden kun forbruges efter behov, er der minimalt overskydende materiale, hvilket fører til omkostningsbesparelser og en mere bæredygtig tilgang.
- Omkostningseffektivitet: Trådråvarer er normalt mere omkostningseffektive end alternativer i pulverform. Produktion og håndtering af tråd er generelt mere ligetil og økonomisk, hvilket bidrager til generelt lavere materialeomkostninger. Trådråvarer, der er let tilgængelige som svejsevarer, viser sig at være betydeligt mere omkostningseffektive end pulver. Med trådpriser, der starter ved ca. $3,00 pr. pund, sammenlignet med de ofte dyre pulvere, kan der opnås omkostningsbesparelser på op til 10 gange. Denne omkostningsforskel kan være særlig udtalt i visse legeringer.
- Forbedret produktivitet: Det kan være mere effektivt og produktivt, især i kontinuerlige deponeringssystemer. Den kontinuerlige tilførsel af tråd giver mulighed for uafbrudt produktion, minimerer nedetid og maksimerer output.
- Reduceret behov for beskyttelsesudstyr: I modsætning til nogle additive fremstillingsprocesser med pulver, er trådbaserede metoder ikke risikoen for partikler i luften. Som følge heraf kan der være mindre behov for omfattende beskyttelsesudstyr, hvilket fører til forbedret komfort og sikkerhed for operatøren.
- Krav til anlæg: Trådbaserede additive fremstillingsprocesser giver følgende fordele faciliteter med begrænset plads eller specifikke infrastrukturbegrænsninger. Den enklere håndtering af trådråvarer kræver færre ændringer af anlægget.
- Praktisk opbevaring: Trådråvarer er lettere at opbevare sammenlignet med større og mere uhåndterlige pulvermaterialer. Trådråvarer er typisk kræver mindre lagerplads hvilket giver en bedre organisering og udnyttelse af lagerområderne og maksimerer den tilgængelige plads.
- Lagerstyring: Trådmaterialets strukturerede form gør det lettere at styre og kontrollere lagerbeholdningen. Det er nemmere at holde styr på, hvor meget tråd der er tilbage, hvilket muliggør bedre planlægning af materialeopfyldning. Desuden har trådmaterialer en tendens til at have en længere holdbarhed sammenlignet med nogle pulvermaterialer, hvilket kan sikre, at materialet forbliver brugbart over længere perioder uden nedbrydning.
- Reduceret risiko for kontaminering: Da tråden er solid og mindre tilbøjelig til at sprede sig, minimeres risikoen for krydskontaminering mellem forskellige materialer. I modsætning hertil kan pulveriseret råmateriale være mere modtageligt for blanding eller utilsigtet spild, hvilket fører til potentiel materialekontaminering.
- Forbedret håndtering og transport: Trådråvarer er nemmere at håndtere og transportere på grund af deres faste og strukturerede natur. Normalt sælges det på spoler eller ruller, hvilket gør det nemt at lægge i 3D-printsystemet.
- Forenklet oprydning af maskinen: Trådbaserede additive fremstillingsprocesser kræver mindre maskinoprydning sammenlignet med pulveriserede feedstock-metoder, da der er mindre restmateriale, der skal fjernes efter print. Det resulterer i renere og mere ryddelige arbejdsområder. Der er færre rester og mindre støv, hvilket minimerer behovet for hyppig oprydning og bidrager til en mere effektiv arbejdsgang.
- Ændring af materiale: Skift mellem forskellige materialer er ofte mere ligetil med trådbaseret additiv fremstilling. Muligheden for at udskifte trådtyper relativt nemt kan understøtte produktion af forskellige komponenter uden væsentlig nedetid og giver også mulighed for at printe dele af to materialer.
Yderligere fordele ved Meltios Wire-LMD
- Nul materialeaffald: Meltios metalaflejringsproces med dobbelt tråd gør det muligt for tråden at komme koaksialt ind i smeltepuljen, hvilket effektivt udnytter 100 % af materialet. Til sammenligning genererer pulverbaserede processer ofte et betydeligt materialespild på mellem 30 og 50 %.
- Forbedret mikrostruktur: Meltios laserproces producerer en ekstremt kompakt varmepåvirket zone (HAZ), hvilket minimerer varmeoverførsel til lagene nedenunder eller det omgivende område af smeltepuljen. Det resulterer i en bedre mikrostruktur i den printede del.
- Kontrolleret proces: Meltios LMD sikrer præcis kontrol over tråden, når den kommer koaksialt ind i smeltebadet. Tråden smelter ved kontaktpunktet med substratet, uafhængigt af materialeflowet. Det gør det muligt at implementere et sofistikeret feedbacksystem, der sikrer en stabil og kontrolleret proces.
- Meltios deponeringshoved: Designet har en koaksial trådfremføring, der sikrer, at tråden kommer gennem midten af smeltepuljen. Denne opsætning muliggør ensartet printkvalitet i alle retninger. Derudover indeholder systemet et distribueret lasersystem med seks 200W-lasere placeret rundt om diameteren. Dette arrangement sikrer en forlænget levetid takket være lasernes lave optiske tæthed.
- Mulighed for dobbelt tråd: Meltios printhoved er udstyret med to uafhængige trådfremførere, som gør det muligt at printe to forskellige materialer under et enkelt print. Denne funktion giver mulighed for anvendelser som f.eks. hård overflade eller korrosionsbeskyttende belægninger, og det giver en nem, hurtig, praktisk og bæredygtig løsning til dobbelt 3D-print uden risiko for krydskontaminering.
Konklusion
- Meltio kombinerer alle fordelene ved tråd med fordelene ved laseren som energikilde: Oplev den Anvendelser.
- Koaksialt hoveddesign med lasere med lav effekt.
- Mulighed for dobbelt ledning.
Post Fordelene ved en trådbaseret 3D-printproces blev vist første gang den Meltio.
